一种柔性衬底单晶颗粒薄膜太阳能电池的制备方法_2

文档序号:9351619阅读:来源:国知局
底上先制备一层阿拉伯树胶薄膜,再利用旋涂法制备一层含有分散剂的环氧树脂薄膜形成复合薄膜;
53.将SI的单晶颗粒嵌入S2制备的复合薄膜中,固化后送入溅射室在CdS或ZnS缓冲层上制备本征氧化锌(1-ZnO)和掺铝氧化锌(AZO)形成前电极,之后使用EVA进行封装并粘贴上柔性衬底制得柔性单晶颗粒薄膜层;
54.将S3所述柔性单晶颗粒薄膜层从硬质衬底上揭下,清洗掉阿拉伯树胶层后通过机械研磨、清洗,露出单晶颗粒表面,然后在裸露的单晶颗粒表面溅射Mo薄膜,形成柔性单晶颗粒薄膜太阳能电池。
[0024]本发明还提供上述方法制备得到的柔性衬底单晶颗粒薄膜太阳能电池和所述太阳能电池的应用。
[0025]与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供了一种柔性衬底单晶颗粒薄膜太阳能电池的制备方法,是利用化学浴沉积法在CZTS或CZTSSe单晶颗粒表面沉积CdS或ZnS缓冲层,以阿拉伯树胶、胶黏剂等有机高分子材料作为粘结剂在硬质衬底上制备双粘结剂层,把包覆了缓冲层的微米级别的CZTS和CZTSSe单晶颗粒嵌入到双粘结剂层中,然后制备窗口层和前电极层,再利用EVA对单晶颗粒薄膜进行封装并粘贴上柔性衬底;将柔性单晶颗粒薄膜从硬质衬底上揭下,通过清洗、机械研磨、再清洗去除胶水层露出平整洁净的单晶颗粒表面,再在上面制备背电极层从而形成完整的电池结构。由于单晶颗粒的制备、筛选、清洗、钝化过程和单晶颗粒吸收层膜的制备过程是分开的,在单晶颗粒制备和优化过程中可以使用严苛的高温环境,而无需考虑吸收层制备条件对衬底,窗口层、缓冲层等的影响。该方法在材料与能源利用率和工业化生产方面具有明显的优势。
【附图说明】
[0026]图1为在普通玻璃衬底上制备阿拉伯树胶和环氧树脂双粘结剂层。
[0027]图2为嵌入包覆了 CdS或ZnS缓冲层的CZTS或CZTSSe单晶颗粒。
[0028]图3为固化后溅射1-ZnO。
[0029]图4为溅射制备AZO。
[0030]图5为进行EVA封装并粘贴柔性衬底。
[0031]图6为剥离原衬底,清洗阿拉伯树胶层。
[0032]图7为打磨后并清洗后露出洁净平整的单晶颗粒表面。
[0033]图8为溅射Mo电极,形成柔性电池。
[0034]附图标记说明:单晶颗粒-211 ;缓冲层-212 ;玻璃衬底_111 ;阿拉伯树胶薄膜-112 ;环氧树脂薄膜-113 ;1-Zn0-213 ;AZ0_214 ;EVA-114 ;柔性衬底-115 ;Mo 薄膜-215。
【具体实施方式】
[0035]下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换,均属于本发明的范围;若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0036]实施例1
本实施例为利用CZTS单晶颗粒制备太阳能电池,包括以下步骤:
(一)CZTS单晶颗粒的制备:
1、水热法制备 Cu2ZnSnS4纳米颗粒:将 2 mmol CuC12*2H20、1 mmol ZnCl2、l mmolSnCl4.5H20溶于30mL去离子水,搅拌1min得澄清溶液A ;将5 mmol硫脲溶于20ml去离子水中,搅拌1min得澄清溶液B ;将溶液B在搅拌下缓缓加入到溶液A中,得到白色浑浊溶液,搅拌10 min得混合溶液,将混合溶液移入10ml聚四氟乙烯高压反应釜并将反应釜置于180°C反应16h,冷却到室温分别用去离子水和无水乙醇在8000r/min条件下离心分离,60°C干燥Sh得到黑色样品,即CZTS纳米颗粒。
[0037]2、恪盐法制备Cu2ZnSnS4微米单晶颗粒:称取反应原料18 mmol CuS、12 mmol ZnS、10 mmol SnS和助恪剂50 mmol CsCl,并且加入I mmol CZTS纳米颗粒混合后充分研磨,使其混合均匀;将混合后的样品装入石英瓶中,通过三通阀利用真空栗机组抽真空达到10?12Pa (也可以用惰性气体保护),从而排除空气对熔盐反应的影响,用氢氧焰将石英瓶封口 ;将密封后装有混合样品的石英瓶放在普通升温炉中从常温加热到800°C保持72h,然后降温到600°C取出石英瓶并快速降温至室温(放入水中);最后将石英瓶中的样品取出,超声水洗多次除去助熔剂CsCl,之后将样品置于干燥箱80°C干燥2 h,得到表面具有晶体光泽的黑色颗粒,最后将所得的样品进行筛分(检验筛各层孔径自上到下依次是97 μ m、75 μ m、57 μπι、49 μπι)得到想要的微米尺寸单晶颗粒。
[0038](二)柔性衬底单晶颗粒太阳能电池的制备
1、称取15g采用熔盐法制备得到的、粒径约为50 μ m的CZTS单晶颗粒,以0.0015mol/L硫酸镉,0.005mol/L氯化铵,0.015mol/L硫脲,0.5mol/L氨水为原料,通过CBD法在颗粒表面沉积一层厚度约为55nm的CdS缓冲层;沉积过程中用搅拌器搅拌反应溶液,搅拌速率约为120r/min,CdS薄膜的沉积时间为8 min,反应温度控制在80°C,得到包覆了 CdS缓冲层的CZTS单晶颗粒。
[0039]2、利用提拉法在清洗干净的玻璃衬底上制备一层厚度为10 μ m阿拉伯树胶薄膜,再利用涂覆机在阿拉伯树胶膜上制备一层厚度为30 μπκ含有分散剂(聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠或脂肪酸聚乙二醇酯)的环氧树脂薄膜,形成双粘结剂膜层,如图1所示。
[0040]3、将包覆了 CdS缓冲层的CZTS单晶颗粒嵌入双粘结剂膜层中,如图2所示。
[0041]4、待粘结剂固化后送入溅射室,在CdS缓冲层上制备约为500nm的i_ZnO和I μ m的AZO形成前电极,如图4所示。
[0042]5、将制备好前电极的CZTS单晶颗粒薄膜使用EVA进行封装并粘贴上柔性衬底,如图5所示。
[0043]6、将封装好并粘贴了柔性衬底的CZTS单晶颗粒薄膜从玻璃衬底上揭下,通过浸泡、清洗将阿拉伯树胶层清洗干净,如图6所示。
[0044]7、利用研磨机将露出CZTS单晶颗粒的一面研磨掉20 μm,然后通过清洗露出平整洁净的含有单晶颗粒的表面,如图7所示。
[0045]8、通过溅射法在裸露的单晶颗粒表面制备2 μπι的Mo薄膜作为背电极,形成柔性CZTS单晶颗粒薄膜太阳能电池,如图8所示。
[0046]采用本实施例制备得到的Mo/CZTS/CdS/1-ZnO/AZO结构的薄膜制备太阳能电池,其开路电压Voc=503mV,I=26mA,电池的转换率为8.6%。
[0047]实施例2
实验方法同实施例1,唯一不同的是CZTS单晶颗粒的制备,包括以下步骤:
1、水热法制备Cu2ZnSnS4m米颗粒:同实施例1。
[0048]2、称取反应原料 18 mmol CuS、12 mmol ZnS、10 mmol Sn粉、1mmol S粉和助恪剂50 mmol CsCl,并且加入I mmol CZTS纳米颗粒混合后充分研磨,使其混合均勾;将研磨均匀后的混合样品装入石英瓶中,通过三通阀利用真空栗机组抽真空达到10?12Pa (也可以用惰性气体保护),从而排除空气对熔盐反应的影响,用氢氧焰将石英瓶封口 ;将密封后装有混合样品的石英瓶放在普通升温炉中从常温加热到850°C保持72h,然后降温到600°C左右取出石英瓶并快速降温至室温(放入水中);最后将石英瓶中的样品取出,超声水洗多次除去助熔剂CsCl,之后将样品置于干燥箱80°C干燥2 h,得到表面具有晶体光泽的黑色颗粒。最后将所得的样品进行筛分(检验筛各层孔径自上到下依次是97 μπι、75 μπι、57 μπκ49 μπι)得到想要的微米尺寸单晶颗粒。
[0049]实施例3
实验方法同实施例1,唯一不同的是CZTS单晶颗粒的制备,包括以下步骤:
1、水热法制备Cu2ZnSnS4m米颗粒:同实施例1。
[0050]2、称取反应原料 18 mmol Cu、12 mmol Zn、10 mmol Sn 粉、40 mmol S 粉和助恪剂80 mmol CsCl,并且加入2 mmol CZTS纳米颗粒混合后充分研磨,使其混合均勾;将研磨均匀后的混合样品装入石英瓶中,通过三通阀利用真空栗机组抽真空达到10?12Pa (也可以用惰性气体保护),从而排除空气对熔盐反应的影响,用氢氧焰将石英瓶封口 ;将密封后装有混合样品的石英瓶放在普通升温炉中从常温加热到850°C保持72h,然后降温到600°C左右取出石英瓶并快速降温至室温(放入水中);最后将石英瓶中的样品取出,超声水洗多次除去助熔剂CsCl,之后将样品置于干燥箱80°C干燥2 h,得到表面具有晶体光泽的黑色颗粒。最后将所得的样品进行筛分(检验筛各层孔径自上到下依次是97 μπι、75 μπι、57 μπκ49 μ m)得到想要的微米尺寸单晶颗粒。
[0051]实施例4
本实施例为利
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